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水稻(Oryza sativa)是我国第一大粮食作物。随着人口膨胀、经济快速发展,以及全球气候的异常变化,水稻生产和国家粮食安全受到严峻挑战。目前科学家们也都在致力于无选择标记转基因的培育。利用双T-DNA超双元载体如pCDMAR-Hyg培育无选择标记(Selectable marker-free,SMF)的转基因植物是目前无筛选标记转基因水稻育种中最为常用的方法。植物TFIIIA锌指蛋白家族主要参与调控植物生长发育及胁迫应答;对植物锌指蛋白基因结构和功能的研究,不仅有助于了解植物的转录调控机制,还将有助于这类基因在植物基因工程改良中的应用。这对于提升我省水稻育种实力、保障国家粮食安全,保护生态环境、实现农业的可持续发展等,都具有十分重要的意义。 取得的主要研究结果如下: 1.水稻TFIIIA锌指蛋白基因OsZAT12基因的克隆 通过Blast在NCBI水稻数据库中发现了一个与拟南芥AtZAT12同源性达58%的基因,我们命名为OsZA T12。通过进化树分析表明OsZA T12确实与AtZAT12具有较高的同源性;利用ClusatlX2进行多重序列比对,发现OsZAT12和拟南芥的TFIIIA型锌指蛋白一样,具有L-box、两个具有QALGGH保守序列的锌指结构以及一个EAR-motif,是一个典型的TFIIIA锌指蛋白基因。于是我们将OsZA T12构建到超双元载体pCDMAR-Hyg中用于水稻转化。 2.OsZAT12基因的表达模式以及亚细胞定位 RT-PCR检测OsZAT12基因在水稻不同组织和器官中的表达水平,结果发现OsZAT12基因特异性的在水稻的根部表达,在茎、叶等其他组织中几乎不表达;OsZAT12基因的表达受高光、MV、PEG和冷的响应;OsZAT12蛋白是一个定位于细胞核的蛋白。 3.广恢998转化体系的建立 广恢998的愈伤组织诱导培养基:MS+4.0 mg/L2.4-D;继代培养基:L3∶MS大量元素+1.5×MS铁盐+10×B3微量元素+L3有机元素+0.5 g/L谷氨酰胺+0.5 g/L脯氨酸+2.5 mg/L2,4-D+3%麦芽糖+0.25%植物凝胶(继代1-2次);预分化培养基Y2: MS+1 g/L酪蛋白+2 mg/L NAA+0.1 mg/L KT+2%蔗糖+0.35%植物凝胶;分化培养基:MS培养基+3 mg/L6-BA+0.5 mg/L NAA. 4.OsZAT12基因转化广恢998转基因T0代植株的筛选鉴定 将OsZAT12基因转化广恢998 T0代植株的叶片用潮霉素溶液浸泡,发现大部分的转基因植株对潮霉素具有抗性,于是提取转基因植株的基因组DNA检测潮霉素抗性基因和OsZAT12基因,结果发现几乎所有的转基因植株都具有潮霉素基因,但没有检测到OsZAT12基因。 5.OsZAT12基因转化中花11转基因T0代植株的筛选鉴定 将OsZAT12基因转化中花11T0代植株的叶片用潮霉素溶液浸泡,发现大部分的转基因植株对潮霉素具有抗性,于是提取转基因植株的基因组DNA检测潮霉素抗性基因和OsZA T12基因,结果发现几乎所有的转基因植株都具有潮霉素基因,但没有检测到OsZAT12基因。 6.OsZAT12基因转化拟南芥的研究 考虑到籼稻再生体系和转化体系的难度以及实验时间问题,而拟南芥作为一种模式植物,具有其它植物无法替代的优点。为了研究OsZAT12基因的功能,于是将OsZA T12基因转化到野生型拟南芥中,结果显示过表达拟南芥的根系明显较野生型短。转基因植株和野生型生长到第13天时,根长平均约为WT的1/2,但转基因植株的根长个体差别较大。另一方面,研究发现转基因拟南芥的子叶变绿率明显慢于野生型,且植株长势矮小,地上部分生物量较野生型明显减少,利用RT-PCR检测不同株系转基因植株中OsZAT12基因的表达水平。结果发现OsZAT12过表达植株中都有表达OsZAT12基因,而且不同株系中的表达水平不一致。